课程设计-三相步进电机

南华大学电气工程学院《电子技术课程设计》任务书设计题目：步进电机控制电路专业：本10电力02班学生姓名:邓鹏学号:20104450226起迄日期:2012年9月28日—2012年12月28日指导教师:刘原欧阳宏志教研室主任：苏泽光目录1设计任务和要求………22电路原理分析………………33矩形波产生电路（含555电路）…………………44三相三拍脉冲分配器………55三相六拍脉冲分配器………56功放电路部分…………………77电路总原理图…………………78三相三拍脉冲分配器仿真图及PCB……89三相六拍脉冲分配器部分仿真图及PCB图…………910元件清单………………………1111心得体会……………………12步进电动机的控制电路设计任务和要求1、设计任务设计制作步进电机的控制电路。2、设计要求(1)使用D触发器或主从JK触发器设计一个兼有三相六拍、三相三拍两种工作方式的脉冲分配器。(2)能控制步进电机作正向和反向运动。(3)设计电路工作的时钟信号频率为10-100Hz。(4)设计驱动步进电机的脉冲放大电路，使之能驱动一个相电压为24V，相电流为0.2A的电机工作。二．电路原理分析1.设计要求分析图1三相步进电机原理图步进电动机是一种用脉冲控制的电动机，它能将脉冲信号转换成相应的角位移。下面以反应式步迸电动机为例，说明它的结构和工作原理。

如图是三相步进电动机的结构图。从图中可以看出，电动机的定子上有六个等分的磁极，AA'、BB'、CC'，每两个相对的齿构成一相。每相上绕有一组线圈。转子有四个齿，上边不绕线圈。当A相通电，B、C相都不通电时，那么由于AA'线圈申的电流，将产生虚线所示的磁场，在这个磁场作用下，迫使转子的齿1、3跟U相的定子齿对齐。如果在脉冲信号的作用下，A相断开，B相通电，产生磁场，这时转子齿将逆时针转过30°，使转子齿2、4跟V相定子对齐。再来一个脉冲，使B相断电，C相通电，于是转子齿再转30°，使1、3跟相定子对齐，。如果我们按A-B-C-A-B-C……方式不断按脉冲形式给各相线圈通电、断电，转子就会按逆时针方向旋转。反之，按A-B-C-A-B……来改变各相绕组上的电流，转子就会按顺时针方向旋转。

像这样使A、B、C相轮流通电作为一个周期的状态称为"三拍"。如果按A-AB-B-BC-C-CA-A六种通电方式给各绕组通电就称为"六拍"。

步迸电动机的结构虽然郁有不同，但其基本工作原理都是一样的。

使用步迸电动机，必须有脉冲信号源，现在大多数步进电动机都和单片机连在一起，因单片机提供给步进电动机的脉冲信号源是很方便的。2.脉冲触发电路多谐振荡器：主要由555芯片组成工作原理：低电平时间:Tpl=R1C2ln2=0.7R2C2高电平时间：Tph=(R1+R2)C2ln2=0.7(R1+R2)C2振荡频率：f=1.43/(R1+2R2)/C2所以可以通过调节R3阻值来调节振荡频率，从而调节输出脉冲频率和宽度。555芯片功能：1地GND

2触发

3输出

4复位

5控制电压

6门限(阈值）

7放电

8电源电压Vcc

3.三相三拍脉冲分配器：分析：三拍脉冲为A—B—C—A,即100—010—001—100.由于步进电机的脉冲输入不能为111,000两种状态，所以必须进行预置端和清零端的控制。由2片74LS74芯片中取三个D触发器构成。电路如下图：表174LS74N芯片真值表~PRE~CLRCLKDQ~Q01XX1010XX0100XX1111-11011-001110XHOLD4.三相六拍脉冲分配器由两片74LS112中取3个JK触发器，一个74LS04中取4个非门，三个74LS00中取9个与非门构成。三相六拍脉冲分配器:E六拍环形分配器真值表E~RDJ1K1J2K2J3K3U1V1W110100101001111001101011110101010011011010110110110010101101010101111100101001E控制三相六拍电机正反转，E为1时，步进电机正转，工作状态为：W1--U1W1--U1--U1V1--V1--V1W1--W1(001—101—100—110—010—011—001)反转时：E=1，工作状态：W1—W1V1-V1—V1U1—U1—U1W1.5.功率放大电路由于脉冲分配器的脉冲无法驱动三相步进电机，所以使用三个NPN功放管将信号放大（即将信号驱动电流放大），同时在与电源连接处并联三个续流二极管，防止过大电流。.6.三相三拍脉冲分配器仿真图及PCB板图三相三拍仿真波形三相三拍PCB图7.三相六拍脉冲分配器部分仿真图及PCB图三相六拍原理图三相六拍仿真波形元件清单元件序号型号主要参数数量备注U1LM555CN供应电压：4.5-18V供应电流：3-6mA输出电流：225mA(max)上升/下降时间：100ns1555定时器U2、U374LS74NVcc:4.75-5.25VTa:0-70oCIo:-0.4-8mA2双D触发器芯片D4-D6LED03发光二极管D1-D3SMC3二极管Q1-Q3NPN3三极管M37BYJ额定电压：5-12VDC步距角：5.625°静转矩：34.3mN.m直流电阻：200欧噪声<40dB重量32g1三相四线步进电动机R1-R7AXIAL-0.47电阻C1、C2RAD-0.32电容S1SW-PB4开关U7CD4053额定电压：5+0.5V1模拟开关U874LS112额定电压：5+0.5V2触发器U974LS20额定电压：5+0.5V1芯片U474LS14额定电压：5+0.5V1芯片U574LS00额定电压：5+0.5V3芯片U674LS04额定电压：5+0.5V1芯片9.心得与体会通过这次课程设计，我不仅回顾了以前的知识，将它学以致用，而且学到了很多书本上没有的知识，提高了自身动手能力，更重要的是对电子产品的设计和制作有了更加浓厚的兴趣。我对一些芯片有了比较清晰的认识，比如555，74LS系列，4053模拟开关，知道了它们可以实现的基本功能；也学会使用一些常用的电子作图及仿真软件，比如AD,MUTISIUM等